книги из ГПНТБ / Комягин Л.Ф. Бесшатровые неотапливаемые водонапорные сооружения научно-техническое сообщение

Башню-колонну намечают утеплить по типу рис. 17 с заполнением соломи­ том, а башню с решетчатой опорой — покрыть теплоизоляцией с приме­ нением минеральной ваты по типу рис. 16 и 17.

Определить основные' размеры теплоизоляции башен.

Решение

1. Башня-колонна

Толщина теплоизоляции стенок башни определена по формуле (37-в) методом постепенного приближения. Сначала была принята произвольно- „ з = 0,18 м. Соответствующая ей величина наружного диаметра башни

D = £>о+ 2 Вст + 28из=3 + 2-0,005 + 2-0,28 = 3,37 л.

щади теплопередающих поверхностей утепленной стенки, зеркала воды и всей башни соответственно равны

121

досками ', -2 см и ящика из досок S, = 1,6 см, покрытого с обеих сторон толем и заполненного соломитом с /с =0,09 ккал'м-час. град.

Из равенства

определена толщина слоя соломита 6С = 13 см. Общая толщина всей теп­

бы задаваться новой величиной бизи весь расчет повторять заново, до тех

полнением деревянного ящика минеральной ватой слоем 61 = 9 см. Общая толщина всей теплоизоляции стенок бака 6ИЗ = 15 см. б) Расчет теплоизоляции стояка-горловины Определение Rll3 и Аст сначала произведено по формуле (92).

Для Омска температура воздуха в наиболее холодную пятидневку

7122

1,8-1 м-;час град ккал

2(14 0,31) • 0,31 3

£ст : 1 : Н 1,84 4—0,52 ккал/м2 час-град

Кроме того, величина /?из определена еще и из условия временного прекращения обмена воды в башне на 48 часов в период наиболее холодной пятидневки, когда в Омске tn г,= —36°. В это время х‘)ср = 0,5 (0,31 -}- 0.1)

— (—36) = 36,2°; ф “ 4,3 : 36,2 = 0,12 ккал/м2 • час • град. По формуле (94)

^ст-оп ~ ^2^36 ‘?>в ^2 ■ -1’7? > 0,52 ккал'м-час град.

теплоизоляции стояка-горловины подсчитаны как для плоской многослой­

§ 16. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАИМЕНЬШЕГО ЧИСЛА ОБМЕНОВ ВОДЫ БЕЗ ЛЬДООБРАЗОВАНИЯ В СООРУЖЕНИИ

Ранее в § 6 и 9 было установлено, что для избежания льдо­ образования в водонапорном сооружении необходимо выпол­

123

дневку в году. Для определенных конструкций и размеров во­

можно быстро определять величину min«B при любых значе­

в нем не будет. При «B<min«B, в сооружении будет образо­ вываться лед. Чтобы избежать льдообразования, потребуется устройство теплоизоляции. Методика выяснения необходимости устройства теплоизоляции и определения ее размеров излага­ лась ранее в § 15.

Опытами и расчетами установлено, что в неутепленных во­ донапорных сооружениях, оборудованных трубопроводами для циркуляции и обмена воды в них по типу рис. 5—11, устрой­ ство теплоизоляции бака не требуется при t0x> 6 ; «в > 2 раза

в сутки и средних va < 3 м/сек и tи < —30’ за наиболее хо­ лодную пятидневку.

124

В этих случаях лед хотя и будет иногда образовываться на стенках бака, но толщина его не превзойдет допускаемых раз­ меров.

Пример 18. Воду из скважины по­ дают в неутепленную башню-колонну

м3!сутки. Среднее положение уровня воды в башне при водообмене изобра­ жено на рис. 48. Средние за наиболее холодную пятидневку /вх = 6°; ta -=

=— 30°; SCT = 4,2 ккал/м2 час; Оф =

=3.7 мсек на высоте Лф = 10 м.

Требуется:

а) определить наименьшее чис­ ло обменов воды в башне без льдо­ образования;

б) выяснить возможность льдо­ образования в башне при заданных условиях.

Решение.

а) Определение величины min пкр

= 70,7 л2; ГСр = 77,8 .и2. Средняя по высоте башни скорость ветра при

ha = (9— 1,5) : 2 + 1,5 = 5,3 л! равна

По формулам (86) и (60) при ta = — 30;'= 3 м:сек и 0 = 3,01 м

вычислены значения = 9,46 ккал;м‘час-град; tKp = 2,3° и Якр = 32,3°. По формуле (20) при SCT = 4,2 ккал 'м2 час и Т\,. = 77,8 м2 величина

i = 0,12 ккал/м- час-грид;

По формуле (19), после определения |? = 0,91; Лст = 8,8 и4св=7,1 ккал^м2 час-град, найдена величина k = 8,59 ккал/м2 час-град.

В результате, по формуле (96) при W = 80 м3, найдено искомое зна­ чение

0,024 (8,59 — 0,12) 77,8-32,3'

воды в ней равен пе = 280 ; 80 = 3,5 > min п„ = 1,72 раза в сутки. Сле­ довательно, лед в башне образовываться не будет.

Такой же ответ получается из условия lyX>iKp , с определением 1ух

по формуле (56). В данном случае при </ = 280:24= 11,7 м3/час;Ь— Ф =

Отсюда также видно, что льда в башне не будет.

125

§ 17. МЕТОД ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО РАСЧЕТА БЕСШАТРОВЫХ НЕОТАПЛИВАЕМЫХ ВОДОНАПОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Метод теплотехнического расчета сооружений рассматри­ ваемого типа состоит из трех частей, выполняемых последо­ вательно.

Впервой части расчета уточняют исходные дан­ ные: географическое место расположения сооружения; тип,, конструкцию и размеры сооружения; среднемесячные значе­ ния за весь холодный период года: температуры наружного воздуха, воды в источнике и грунта вдоль трассы водовода на глубине укладки труб; скорость ветра; поступление сол­ нечной радиации; длину, диаметр и материал труб водовода; режим подачи воды насосами по водоводу; среднесуточное количество воды, подаваемой насосами и поступающей в соо­ ружение.

Во второй части расчета определяют начало, ко­ нец и длительность возможного льдообразования тл в соору­ жении за весь холодный период года, путем помесячного, по­ декадного или по пятидневкам вычисления средних значений

ния тл , или методом вторым по формуле (33). т. е. посте­

пенно за некоторые отрезки времени (через пятидневки, де­ сятидневки или месяцы). Кроме того, выясняют необходимость устройства теплоизоляции или, наоборот, возможность отказа от нее. В случае необходимости устройства теплоизоляции производят выбор конструкции и определение её размеров.

Изложенный метод теплотехнического расчета сооружений иллюстрируется решением примеров 19 и 20 при водообмене и без обмена воды в сооружении.

Пример 19. Требуется произвести теплотехнический расчет бесшатровой неотапливаемой водонапорной башни.

Решение.

Первая часть расчета

В результате уточнения исходных данных выяснилось следующее. Для водоснабжения совхоза, расположенного в районе между городами Омск

и Кокчетав, намечают установку бесшатровой башни-колонны (см. рис. 5)

сполезной емкостью W = 80 Л13, диаметром Do -- 3 м. Источником водо­ снабжения будет служить водохранилище. Воду из него предполагают пе­

рекачивать электронасосом производительностью </пас = </тр= 23 м?/час.

126

в водонапорную башню по водоводу длиной 412 м. Водовод укладывают в одну нитку из чугунных труб do = 100 мм на глубине, равной в сред­ нем по длине водовода, Лгр = 3.1 м в суглинистых грунтах. Полная гид.

родинамическая высота подачи воды насосом И = 35 .и. Башню и насос­ ную станцию оборудуют автоматической водоуказательной сигнализацией беспоплавкового типа конструкции ЦНИИ (см. рис. 29). В первые годы эксплуатации среднесуточная подача воды насосом QcyT = 340 м3, из кото­

рых в башню будет поступать по напорно-разводящей сети около Q =300 м3. Исходные данные о среднемесячных значениях^, va, SCT, /(1СТи?грза весь

/1ф = 10 м и t„ взяты из Строительных норм и правил [4] (Приложение П);

сведения о SCT—из табл. 9; значения /ист и Zrp, а также данные о тепло­

проводности грунта лгр = 2 ккал/м час град на глубине укладки водовода получены из отчета технических изысканий, проведенных перед составле­ нием проекта водоснабжения совхоза. Среднемесячные значения ^а,/ист,/гр

SCT приведены в табл. 18. При водообмене в башне среднее положение уровня воды будет находиться на высоте около 6 + 3 = 9 ,и от дна башни (см. рис. 48). Нижняя часть стенок башни на высоту Лут — 1.5 м обсыпана

жены на рис. 49 пунктирной кривой. Из кривой ko' видно, что льдообра­ зование начнется около 15 ноября, закончится около 19 марта, т. е. про­

длится всего тл = 125 суток = 3000 час.

Третья часть расчета

Для башни-колонны образца 1941 г. величина с1н= 0,5 (см. § 6, табл. 3). Толщина льда подсчитана по формулам (33) и (34). Определе­ ние величины б по формуле (33) произведено, по аналогии с решением примера 16, за каждый месяц, начиная с ноября и кончая мартом. Резуль­ таты подсчетов величин тл и б приведены в той же табл. 18 (раздел 3) и показаны сплошными линиями на рис. 49. Из них видно, что средняя толщина льда на стенках башни достигает наибольшего значения через

= 2640 час. (в начале марта), когда она равна б = 0.71 м. К 19 марта слой льда уменьшается до. б = 0,58 ,м.

127

Откуда 6 = 0,67 м, что по сравнению с величиной б = 0.71 м, подсчитан­ ной ранее последовательно по формуле (33), меньше лишь на 5,6%.

Необходимость устройства теплоизоляции проверена по формуле (91)

бдоп < 0-16 г0 = 0,16-1,5 = 0,24 .и < 0,67 .и.

128

Таблица 18

Определение толщины льда на стенках башни-колонны

(к примеру 19)

=3000 час.

3.Определение толщины льда по формуле (33)

Отсюда видно, что башня-колонна должна быть утеплена. Конструк­ ция теплоизоляции принята по типу рис. 15 с заполнением соломитом. Теп­ лотехнический расчет ее произведен по формуле (37-в). Из табл. 18 и рис. 49 видно, что при 6 = 0 величина k' = ф + kB имеет наименьшее зна­ чение в январе, когда k' = 0,2 + 0,8 = 1,0 ккал!м2 час • град при ta= —19,1°; 0,35°; 0ср = 19,45°; urt= 3,25 м/сек.

Расчеты теплоизоляции башни-колонны выполнены по аналогии с ре­ шением примера 17. Они показали, что теплоизоляция, устроенная по типу рис. 17 с термическим сопротивлением /?нз = 1,61 м2 час град./ккал, будет иметь общую толщину 18.2 см, в том числе соломита 6С = 13 см.

Пример 20. Неутепленная металлическая башня-колонна образца 1941 г. расположена в совхозе Московской области. Воду подают из глубокой артезианской скважины. Башню заполнили водой на высоту до 9 .м (см. рис. 48), после чего отключили от водопроводной сети на 15 суток с 5 по 20 ноября. В начальный момент средняя по объему температура воды в башне t в= 10°. Средние за каждую пятидневку значения ta, 5С1, и va на высоте 5,3 м приведены в таблице.

Пятидневки

отсутствии водообмена; б) толщину льда на стенках бака к концу опыта.

Теплотехнические расчеты должны быть выполнены в двух вариантах:

= 120 час. значениях te — 10°; = 5°; иа --- 5 м/сек\ D = 3,01 .и; tCT --7°;

т1СТ = 0,87 определены по формулам (86), (64-6) и (20) величины:

ан = 1,2-0,87 3,23-2,63 = 12,15 ккал/м- час град.

ta 0,5 (10 Р 6,5) = 8,25°; &ср = 3,25°;

У - =—^25—--^-1,12 ккал м- час-град

130